Khám phá các hạt nhân nhẹ giàu neutron: Lần đầu tiên quan sát oxygen-28
Các đồng vị oxygen giàu neutron như oxygen-27 và oxygen-28 tồn tại như những cộng hưởng thời gian sống rất ngắn, các nhà khoa học của Viện Công nghệ Tokyo nêu trong công bố trên Nature, dựa trên quan sát đầu tiên về sự phân rã của chúng thành oxygen-24 lần lượt với ba và bốn neutron. Đáng chú ý nhất là hạt nhân oxygen-28 được tìm thấy không phải là “cú đúp kì diệu” như người ta vẫn chờ đợi trong bức tranh mô hình vỏ tiêu chuẩn. Nghiên cứu này đem lại những cái nhìn đầy giá trị vào cấu trúc hạt nhân.
Nghiên cứu về các hệ vật lý trong những điều kiện cực đoan thường đưa ra những thông tin đầy giá trị về sự tổ chức và cấu trúc của nó. Trong vật lý hạt nhân, các đồng vị giàu neutron, đặc biệt là các đồng vị nhẹ với tỉ lệ neutron trên proton khác biệt một cách đáng kể với các hạt nhân bền. Do đó, chúng đem lại những thử nghiệm chặt chẽ về các lý thuyết cấu trúc hạt nhân hiện đại. Các đồng vị này tồn tại như những cộng hưởng có thời gian sống vô cùng ngắn rồi phân rã một cách tự động qua phát xạ neutron.
Hiện tại, một nghiên cứu mới được xuất bản trên Nature 1, do một nhóm hợp tác quốc tế dưới sự dẫn dắt của Yosuke Kondo, một trợ lý giáo sư tại Khoa Vật lý của Viện Công nghệ Tokyo, đã báo cáo quan sát đầu tiên trên thế giới về hai đồng vị giàu neutron – oxygen-28 (28O) và oxygen-27 (27O) – thông qua phân rã của chúng, lần lượt thành oxygen-24 với bốn và ba neutron. Hạt nhân 28O gồm 8 proton và 20 neutron (N), được quan tâm đặc biệt vì người ta chờ đợi nó sẽ là một trong sốt ít vài hạt nhân “gấp đôi sự kỳ diệu” trong bức tranh mô hình vỏ tiêu chuẩn của cấu trúc hạt nhân.
Nghiên cứu này thành công là nhờ những năng lực đặc biệt của Cơ sở nghiên cứu chùm tia RI RIKEN, nơi tạo ra những chùm tia có cường độ cực cao của những hạt nhân không bền kết cặp với một bia hoạt của hydrogen lỏng dày và các chuỗi máy dò đa neutron. Các phản ứng loại bỏ nucleon được gây ra bởi proton từ chùm tia 29F năng lượng cao sinh ra các đồng vị không liên kết neutron là 27O và 28O. Các nhà nghiên cứu đã quan sát các đồng vị này và nghiên cứu các đặc trưng của nó bằng việc dò một cách trực tiếp các sản phẩm phân rã của chúng.
Họ tìm thấy cả 27O và 28O tồn tại như những cộng hưởng vùng hẹp và so sánh các năng lượng phân rã của chúng với kết quả từ những mô hình lý thuyết phức tạp – một tính toán mô hình vỏ quy mô lớn và một cách tiếp cận thống kê mới được phát triển – được đặt trên cơ sở các lý thuyết trường hiệu dụng của sắc động lực học lượng tử. Phần lớn các cách tiếp cận lý thuyết đều dự đoán các mức năng lượng cao hơn ở cả hai đồng vị. “Cụ thể, các tính toán cụm kết cặp thống kê đều đề xuất các mức năng lượng của 27O và 28O có thể cung cấp những ràng buộc có giá trị cho các tương tác được xem xét trong nhiều cách tiếp cận ban đầu”, tiến sĩ Kondo chỉ ra.
Các nhà nghiên cứu cũng đã xem xét mặt cắt của sản phẩm 28O từ chùm tia 29F và phát hiện ra là việc nó phù hợp với 28O không thể hiện một cấu trúc vỏ đóng N = 20. “Kết quả này đã đề xuất ‘vùng đảo của đảo nghịch, do đó khoảng trống năng lượng giữa các quỹ đạo neutron yếu hơn hay bị loại trừ, mở rộng vượt qua các đồng vị fluorine là 28F và and 29F để thành các đồng vị oxygen”, tiến sĩ Kondo giải thích.
Những phát hiện này đã làm tăng thêm hiểu biết của chúng ra về cấu trúc hạt nhân với những thông tin mới, cụ thể là các hat nhân giàu neutron. Thêm vào đó, việc nghiên cứu chi tiết về các mối tương quan đa neutron và nghiên cứu về các hệ lạ giờ đã trở thành có thể với các kỹ thuật phổ phân rã đa neutron đang tồn tại.
Hãy để chúng ta hi vọng vào nghiên cứu tương lai sẽ tiếp tục hé mở những bí ẩn xung quanh các hạt nhân nhiều hơn nữa!
Thanh Lan tổng hợp
Nguồn: https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383
————————————–
1. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06352-6
